¿Eficacia de los materiales de cambio de fase frente al agua para el almacenamiento de calor?

Estoy tratando de comprender el beneficio de los materiales de cambio de fase especializados frente al agua para absorber calor en una casa durante el día. Tengo entendido que la selección de materiales de cambio de fase cuyo punto de fusión está en el rango de la comodidad humana (~75 °F) tiene al menos un orden de magnitud más de capacidad de almacenamiento que el agua.

¿Qué características físicas del medio son relevantes para afirmaciones como esta? Si observo el calor latente de fusión de los diversos materiales, los números son del mismo orden de magnitud para el agua frente a los materiales de cambio de fase como Climsel, que se utiliza en los productos Swerod.

Respuestas (1)

Si el cambio de fase ocurre a la temperatura de interés, entonces el sistema puede emitir mucho calor sin enfriarse mucho.

Por lo tanto, derretir hielo es una excelente manera de mantener algo a una temperatura de alrededor de 0 °C, y derretir parafina-18-carbonos es bueno si está tratando de mantener la temperatura alrededor de 20 °C. Con un punto de fusión de 28°C, el material emitirá 244 kJ por kg sin que cambie su temperatura . Si quisiera lograr el mismo efecto con agua, con una capacidad calorífica de 4,2 kJ/kg/K, tendría que comenzar con agua a alrededor de 80 °C y terminar con agua a 20 °C. Esa gran excursión de temperatura significaría que el sistema necesita un aislamiento sofisticado para evitar un (sobre)calentamiento rápido en el estado "totalmente cargado" del sistema.

La transición de fase almacena mucha energía sin cambiar la temperatura; eso hace que controlar la salida del dispositivo a medida que se agota el almacenamiento sea mucho más simple.

¿Funciona en ambas direcciones con respecto al punto de congelación/fusión? No fui lo suficientemente claro en mi publicación; Creo que los físicos discuten la energía con respecto al calor, así que traté de formular la pregunta de esa manera. Mi objetivo es que el material se solidifique durante la noche enfriando previamente la casa durante la noche y luego que el material absorba la mayor cantidad de calor posible de la casa durante el calor diurno (manteniendo así una temperatura más baja durante el día). No lo hago. importa cuál es la temperatura interna del medio, solo sobre su velocidad/capacidad para absorber calor en las 8-10 horas posteriores al aumento de temperatura.
Sí lo hace. En el caso de la aplicación que prevé, es aún más importante que la transición de fase se produzca entre las temperaturas de "refrigeración" y "calefacción"; es decir, desea que se ponga "más frío que congelarse" durante la noche y "más cálido que derretirse" durante el día. Esto requiere una transición de fase entre la temperatura diurna y nocturna, de modo que la cantidad de calor absorbido/emitido sin que el material cambie de temperatura sea lo más grande posible. El punto de fusión del agua es demasiado bajo.
Y usted dice "No me importa cuál sea la temperatura interna", excepto que debe estar en ese rango estrecho, o no puede ceder o absorber el calor espontáneamente. Si decides añadir una bomba de calor, el argumento cambia (como se hace con algunos sistemas geotérmicos, por ejemplo).